Классификация и определение измерительных сигналов – аналоговые, дискретные, цифровые

По характеру изменения информативного параметра во времени ИС делятся на аналоговые, дискретные и цифровые.

Аналоговый (континуальный) сигнал – это сигнал, описываемый непрерывной или кусочно-непрерывной функцией Sа(t), причём как сама эта функция, так и её аргумент t могут принимать любые значения на заданных интервалах S∈(Smin; Smax) и t∈(tmin; tmax).

Дискретный сигнал (аналогово-импульсный) ИС – это сигнал Sд(t), изменяющийся дискретно по уровню Sду(t) и/или во времени Sдв(t).

Когда значения сигнала Sд(t) существуют в любой момент времени t∈(tmin; tmax) и он принимает любые фиксированные уровни Si его называют дискретным по уровню Sду(t). В случае, когда уровни Sд(t) принимают ряд значений Si = n⋅q (n = 0, 1, 2,...), кратных кванту q, он является квантованным Sк(t).

СИ будет дискретным во времени – когда он может принимать в любые дискретные моменты времени tm любые значения Sдв(tm)∈(Smin; Smax), называемые выборками, или отсчётами (рисунок 1.2, в). Если величина tm = =m⋅Т и Т = const, то Т называется интервалом (периодом) дискретизации.

Цифровой ИС – сигнал дискретный во времени Sц(n⋅Т) и квантованный по

уровню, принимаемые значения квантованных уровней которого, например, являются последовательностью логических уровней представляющих код числового значения в двоичной системе счисления.

Цифровой ИС является сигналом с кодово-импульсной модуляцией (КИМ).

25 Основные понятия в области цифровых измерительных преобразо­вателей: дискретизация во времени, квантование по уровню, цифровое кодиро­вание. Погрешности дискретизации и квантования сигналов.

(АЦП) преобразует измеряемую непрерывную (аналоговую) величину X(t) в цифровой код. Основные этапы: дискретизация измеряемой величины во времени, квантование ее по уровню и цифровое кодирование. рис 2.1.

Под дискретизацией X(t) во времени понимают преобразование ее в дискретную величину путем сохранения мгновенных значений X(t) только в определенные моменты времени — моменты дискретизации. Промежуток времени между двумя ближайшими моментами дискретизации Δt называют шагом дискретизации, который может быть как постоянным (равномерная дискретизация), так и переменным (неравномерная дискретизация).

Под квантованием X(t) по уровню понимают операцию замены ее истинных мгновенных значений ближайшими фиксированными величинами из некоторой совокупности дискретных значений, называемых уровнями квантования. Уровни квантования представляются соответствующими числами, поэтому операция квантования аналогична с математической точки зрения округлению чисел. Разность DX между двумя соседними уровнями квантования называют шагом квантования. Как и Dt, DX может быть постоянным (равномерное квантование) и переменным (неравномерное квантование).

Цифровое кодирование квантованных уровней заключается в формировании дискретных сигналов, несущих информацию об их значениях.

Для непосредственного кодирования одного двоичного разряда достаточно условиться, что нулевому (низкому) уровню сигнала соответствует символ "0", а единичному (высокому) уровню — символ "1". Однако двоичный код неудобен. Поэтому в аналого-цифровых измерительных приборах используются двоично-десятичные (тетрадно-десятичные) коды. Каждая десятичная цифра (0...9) кодируется четырьмя двоичными цифрами 0 и 1 (тетрада). Наибольшее распространение получил код с весовыми коэффициентами 8421.

Процесс дискретизации и квантования преобразуемой величины сопровождается появлением погрешностей. Погрешность дискретизации определяется по теореме Котельникова.

Составляющая погрешности за счет квантования по уровню (погрешность округления) определяется шагом квантования DX (можно нормировать как ±1 младшего разряда счета.)

26 Классификация методов АЦП. Основные функциональные узлы АЦП: аналоговые ключи, логические элементы, триггеры, счетчики, дешифраторы. Их устройство и принцип действия. Основные технические и метрологические характеристики.